WO2013145650A1 - データ通信システムにおける通信帯域制御方法および装置 - Google Patents

データ通信システムにおける通信帯域制御方法および装置 Download PDF

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WO2013145650A1
WO2013145650A1 PCT/JP2013/001899 JP2013001899W WO2013145650A1 WO 2013145650 A1 WO2013145650 A1 WO 2013145650A1 JP 2013001899 W JP2013001899 W JP 2013001899W WO 2013145650 A1 WO2013145650 A1 WO 2013145650A1
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WO
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communication
error rate
error
rate
coding rate
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PCT/JP2013/001899
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English (en)
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Inventor
聡寛 田中
田島　章雄
Original Assignee
日本電気株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
    • H04L1/0009—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the channel coding

Definitions

  • the present invention relates to a data communication system, and more particularly to a communication band control method and apparatus.
  • error correction codes include simplest single error correction codes such as Hamming codes, and cyclic suitable for implementations such as BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) codes and RS (Reed-Solomon) codes.
  • BCH Bose-Chaudhuri-Hocquenghem
  • RS Raster-Solomon
  • codes such as codes, turbo codes, and codes such as LDPC (Low Density Parity Check), but with high signal processing load.
  • LDPC Low Density Parity Check
  • the error correction code is used in the form of forward error correction (FEC: Forward Error Correction) in which redundant data is added to the message and the entire code word is transmitted, and redundant data is shared again between the sender and receiver based on the transmitted message.
  • FEC Forward Error Correction
  • a sharing method there is a method for correcting an error in a message (hereinafter referred to as a sharing method).
  • FEC before transmitting a message, redundant data is calculated by an encoder and transmitted to a receiver together with the message, and an error in the received data is detected / corrected by a receiver through a decoder. In this way, since FEC does not require data retransmission, high throughput can be obtained, and it is widely used in wireless communication and optical communication.
  • the sharing method is divided into means for sharing data including errors between transmitters and receivers, and means for calculating parity information from the shared data and comparing the transceivers with each other to detect / correct errors. It is used for quantum cryptography key distribution technology, Distributed Source Coding, etc.
  • the code length of the n-bit code word is fixed, and the ratio between the message k bits and the redundant data M bits is determined according to the error rate of the code word before error correction. Increasing the ratio of redundant data makes it possible to correct more bit errors, but decreases the data transfer efficiency.
  • the upper limit of the bit error rate that can be corrected is determined for the error correction code, and this upper limit is determined by the type of code and the coding rate.
  • FIG. 1 shows a change in error correction performance of an LDPC code with respect to an error rate.
  • the horizontal axis of FIG. 1 indicates the error rate of the codeword to be subjected to error correction, and the vertical axis indicates the error correction efficiency f (p) given by the following equation.
  • Non-Patent Document 1 the error correction efficiency f is represented by a code having a code length of 1 M bits. A characteristic of (p) ⁇ 1.1 has been reported.
  • FIG. 1 shows the results of simulating error correction performance of three code lengths of 8 k bits, 16 k bits, and 130 k bits when the coding rates are 0.70 and 0.75.
  • the error correction efficiency f (p) approaches 1.0 as the error rate increases in an area where the error rate is 3.3% or less. This is because the numerator value of f (p) is constant, whereas the denominator value is increased.
  • the error correction efficiency deteriorates rapidly. This is because the number of errors exceeding the error correctable by this code is present in the code word, so that the error correction success probability is lowered and the numerator of f (p) is increased.
  • the error correction efficiency f (p) continues to decrease smoothly to an error rate of 3.5%. This is because, by taking a long code length, the error rate fluctuation of the code word is reduced, and the probability of exceeding the number of errors that can be corrected is reduced.
  • the characteristic of the coding rate of 0.70 in the region where the error rate is 3.6% or more shows the same tendency. Therefore, in order to obtain an error correction code with good characteristics, it is necessary to lengthen the code length and use it around the upper limit of the correctable error rate.
  • an improvement in the correction efficiency of a specific error correction code around the upper limit of the correctable error rate means that the range of error rates that can be used efficiently is narrow. Therefore, if error rate variation and fluctuation range are large, efficient error correction cannot be performed.
  • Examples of communication systems with large fluctuations in error rate include wireless communications with large changes in communication path conditions, PLCs (Power Line Communication) affected by fluctuations in impedance of electrical equipment connected to power lines, and the like.
  • Examples of communication systems with large error rate variations include Passive / Optical / Network (PON) with different transmission path conditions for each user and communication systems that process communication data of a plurality of channels with a single error correction circuit.
  • An object of the present invention is to provide a communication band control method and apparatus that can cope with a communication system in which error rate variation or fluctuation is large with a single error correction circuit. Furthermore, another object of the present invention is to provide a communication band control method and apparatus that do not cause unfairness among users.
  • a communication band control device is a communication band control device in a data communication system in which a first communication device and a plurality of second communication devices are connected via a communication path, the first communication device and the plurality of communication devices.
  • Coding rate determining means for determining a coding rate of each communication based on an error rate estimated from communication with each of the second communication devices, and a communication band for each communication based on the coding rate
  • Communication bandwidth control means for controlling time allocation.
  • a communication band control method is a communication band control method in a data communication system in which a first communication device and a plurality of second communication devices are connected via a communication path, wherein the first communication device and the plurality of communication devices are connected. Determining a coding rate of each communication based on an error rate estimated from communication with each of the second communication devices, and controlling a time allocation of a communication band for each communication based on the coding rate. It is characterized by that.
  • the range of error rates that can be corrected by a single error correction circuit has been expanded to support communication systems with large variations or fluctuations in error rates, resulting in unfairness among users in bandwidth allocation. Absent.
  • FIG. 1 is a graph showing an example of characteristics of an LDPC error correction code.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a data communication system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing the characteristics of the error correction code used in the first embodiment.
  • FIG. 4A is a functional block diagram for explaining the error correction code control apparatus according to the first embodiment, and
  • FIG. 4B is a flowchart showing a dummy bit control operation as an example.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a dummy bit insertion method in the first embodiment.
  • FIG. 6A is a schematic diagram illustrating an example of framing of a client signal in the first embodiment
  • FIG. 6B is a schematic diagram illustrating another example of framing.
  • FIG. 6A is a schematic diagram illustrating an example of framing of a client signal in the first embodiment
  • FIG. 6B is a schematic diagram illustrating another example of framing.
  • FIG. 6A is a schematic
  • FIG. 7 is a graph illustrating the variation of the error characteristics of the communication path in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a communication system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing a change in the ratio of the fixed pattern inserted into the message when the communication path is switched in the second embodiment.
  • FIG. 10 is an image diagram for changing the ratio of fixed patterns to be inserted into messages when switching communication paths in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a communication system according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A is a sequence diagram showing a normal Discovery process when a new subscriber is added to the PON system according to the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 13B shows an error of the present invention in the Discovery process. It is a sequence diagram at the time of additionally applying the correction code control method.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a communication system that performs band control according to the coding rate in the PON system in the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15A is a schematic diagram illustrating the operation of a general DBA system
  • FIG. 15B is a schematic diagram illustrating the operation of the DBA system according to the coding rate.
  • the present invention in a communication system in which a predetermined error correction code is implemented, based on a first error rate based on a predetermined pattern embedded in a codeword and the number of error corrections at the time of error correction decoding
  • the coding rate of the error correction code is determined using the second error rate.
  • First Embodiment A communication system to which this embodiment is applied is in a state in which a sender and a receiver are connected 1: 1, and the error correction code of the present invention is used to cope with dynamic fluctuations in channel characteristics. Use control methods. Using LDPC as the error correction code, as described later, a part of the message is changed to a fixed pattern according to the error rate, and the channel is estimated based on the error rate of the fixed pattern and the number of corrected errors. I do.
  • the transmitter 11 is connected to the receiver 13 through the communication path 12 to transmit messages and redundant data to the receiver 13. Error rate information is transmitted to and received from the receiver 13.
  • the communication path 12 may be wired / wireless.
  • the transmitter 11 includes a MAC (Media Access Control) block 111 that generates a message, an error correction code controller 112 that performs dummy bit insertion control, an encoder 113, and a transmission interface 114.
  • MAC Media Access Control
  • the receiver 13 receives the message from the MAC block 131 that receives the message, the error correction code controller 132 that performs dummy bit deletion control, the decoder 133 that performs error correction of the received message, and the reception that receives the code word from the transmitter 11. And a fixed pattern error rate calculator 136 and an error rate discriminator 135. Decoder 133 outputs error rate ER COR based on the number of errors corrected when decoding the codeword input from reception interface 134 to error discriminator 135. Fixed pattern error rate calculator 136 extracts only the dummy bits from the code word which is inputted from the receiving interface 134 to calculate the dummy bit error rate ER D outputs to the error rate discriminator 135.
  • Error rate discriminator 135 discriminates the error rate information ER EST by using the dummy bit error rate ER D from the error rate ER COR a fixed pattern error rate calculator 136 from the decoder 133, the sender and receiver Error correction code controllers 112 and 132 respectively
  • the error correction code controller 112 and the encoder 113 of the transmitter 11 can realize an equivalent function by executing a program on a program control processor such as a CPU (Central Processing Unit) of the transmitter 11. .
  • the decoder 133, the fixed pattern error rate calculator 136, the error rate discriminator 135, and the error correction code controller 132 of the receiver 13 are also programmed on a program control processor such as the CPU (CentralCPUProcessing Unit) of the receiver 13. By executing this, an equivalent function can be realized.
  • the function of the transmitter 11 and the function of the receiver 13 may be provided in one communication device.
  • the MAC block 111 outputs a transmission message to the error correction code controller 112.
  • the error correction code controller 112 determines the coding rate of the error correction code based on the error rate information ER EST sent from the error rate discriminator 135 on the receiving side, and receives the receiver in advance as a predetermined amount of dummy bits.
  • the fixed pattern shared with 12 is inserted into the transmission message.
  • the encoder 113 receives the message with the dummy bits inserted, adds parity information and outputs the code word to the transmission interface 114, and the transmission interface 114 transmits the code word as a signal to the communication path 12.
  • the reception interface 134 receives the signal transmitted from the transmission interface 114 on the transmission side, and outputs the received codeword to the fixed pattern error rate calculator 136 and the decoder 133, respectively.
  • the transmission codeword transmitted from the transmission interface 114 may be received by the receiver 13 due to a partial error in the communication path 12, and this received codeword is referred to as a reception codeword.
  • Fixed pattern error rate calculator 136 a dummy bit is extracted from the received codeword, it estimates the dummy bit error rate ER D by matching a fixed pattern that is shared between the transmitter 11 in advance Output to the error rate discriminator 135.
  • Decoder 133 performs error correction on the received codeword, estimates error rate ER COR based on the number of corrected errors, and outputs the error rate to error rate discriminator 135. Further, the decoder 133 outputs the error-corrected message with the dummy bits inserted to the error correction code controller 132. Error correcting code controller 132, after the coding rate determined based on the error rate information ER EST notified from the error rate discriminator 135, and deletes the dummy bits from the data input from the decoder 133, MAC messages Output to block 131.
  • Error rate discriminator 1335 reference to determine the error rate ER EST codeword both error rate ER COR inputted from the dummy bit error rate ER D and decoder 133 input from the fixed pattern error rate calculator 136 The error correction code controllers 112 and 132 on the transmission side and the reception side are notified respectively. That is, the error rate discriminator 135 selects the most probable error rate from a plurality of estimated error rates while referring to the implemented error correction code, and notifies the error correction code controllers 112 and 132 of the error rate.
  • LDPC having a code length of 1 Mbit and a coding rate of 0.75 is mounted on the encoder 113 and the decoder 133 in the present embodiment.
  • the degree distribution of the LDPC parity check matrix follows the distribution as shown in Non-Patent Document 1 and has the error correction performance shown in FIG. That is, as shown in FIG. 3, in the region where the error rate is lower than 3.6%, the error correction efficiency f (p) approaches 1.0 as the error rate becomes higher, and the error rate exceeds 3.6%. The number of cases where error correction cannot be completed increases and the correction efficiency f (p) deteriorates.
  • the dummy bit insertion control will be described in detail with reference to FIG.
  • the error correction code controller 22 shown in FIG. 4A corresponds to the error correction code controller 112 on the transmission side in FIG.
  • the error correction code controller 132 on the reception side generates a message M by performing a dummy bit deletion operation opposite to the dummy bit insertion of the error correction code controller 22.
  • the amount of dummy bits to be inserted is determined from the performance of the error correction code installed and the estimated error rate. Specifically, when the code length is 1 Mbit and the error rate is degraded to 4.0%, a dummy bit of 100 kbit is added.
  • the error correction code having the performance shown in FIG. 3 can correct an error of about 37748 bits in 1 Mbit. However, if the error rate deteriorates to 4.0%, the number of correctable errors is exceeded, so 103 kbits are used as dummy bits. Fill with. As a result, the error that must be corrected is about 37724 bits in the remaining 921 kbits, and falls within the range of correctable errors. Furthermore, as shown below, the dummy bit to be inserted can be reduced by devising the position where the dummy bit is inserted.
  • the error correction code controller 22 includes a switching determination unit 23 and a dummy bit insertion unit 24 that perform dummy bit insertion control at a predetermined bit position.
  • the switching determination unit 23 outputs the message M read from the memory 21 to the dummy bit insertion unit 24.
  • the dummy bit insertion unit 24 generates a message M 1 by inserting a dummy bit at a bit position where the error correction effect is lower due to the code characteristics of the encoder 25, and outputs the message M 1 to the encoder 25.
  • the switching determination unit 23 If the error rate ER EST is equal to or smaller than the predetermined value, the switching determination unit 23 outputs the message M as it is to the encoder 25 as the message M1. As will be described in detail later, when the error rate ER EST increases, it is possible to keep the number of errors within the correctable range by inserting dummy bits at bit positions where the error correction effect is low. The range of error rates that can be corrected is expanded.
  • the dummy bit insertion unit 24 inserts dummy bits at bit positions where the column weight value in the LDPC check matrix H is smaller than a predetermined value.
  • the dummy bit insertion control operation of the error correction code controller 22 is as follows.
  • the switching determination unit 23 determines whether or not the error rate ER EST estimated by the error rate discriminator 135 is higher than a predetermined value (step S201).
  • the predetermined value that is a criterion for determining whether or not to insert a dummy bit can be set to the upper limit of the error rate that can be corrected by the error correction code. If the estimated error rate ER EST is higher than the predetermined value (YES in step S201), the error correction code controller 22 reads the predetermined amount A0 of information M0 from the transmission message M stored in the memory 21, and makes a switching determination. The unit 23 gives this information M0 to the dummy bit insertion unit 24 (step S202).
  • FIG. 5A shows a part of the LDPC parity check matrix implemented in this embodiment.
  • the weight of the first column is 5, the weight of the second column is 4, the weight of the third column is 6, the weight of the fourth column is 2, and the weight of the fifth column is 3.
  • the error correction effect of the message bit corresponding to the column having the weight of 2 is reduced, so that when the message M1 is generated from the message M0, as shown in FIG.
  • a fixed value “0” is inserted into the fourth bit, which is 2, and the bit numbers are sequentially shifted thereafter.
  • a fixed value “0” is inserted into a message bit position corresponding to a column having a column weight of 2, and the bit numbers are sequentially shifted thereafter.
  • a fixed value “0” is inserted as a dummy bit is shown, but any pattern may be used as long as it is shared between the transmitter and the receiver.
  • the error correction range can be expanded with one encoder 25 (the encoder 113 in FIG. 2).
  • FIG. 6A shows a state in which a client signal is accommodated in a general OTU (Optical-channel Transport Unit) frame.
  • the client signal is sequentially attached with control information (OH), and is framed as OPU (Optical-channel-Payload Unit) and ODU (Optical-channel Data Unit), and FEC redundant data is attached to form an OTU frame.
  • OPU Optical-channel-Payload Unit
  • ODU Optical-channel Data Unit
  • the client signal is divided according to the error rate of the communication channel, and the divided signals are framed together with the dummy bits, as shown in FIG. 6B. Become.
  • the error rate discriminator 135 selects an ER COR value having a relatively high reliability as the ER EST , and the error rate discriminator 135 is reliable in the error rate region of 3.6% or more.
  • the value of the relatively high ER D is selected as ER EST.
  • the ER EST thus determined is notified to the error correction code controllers 112 and 132.
  • the error rate discriminator 135 selects the most probable error rate from among a plurality of estimated error rates while referring to the implemented error correction code, and transmits and corrects the error correction code controller 112 on the transmission side and the reception side. And 132 are notified respectively. Therefore, the error correction code controllers 112 and 132 can perform error correction code control using the most reliable error rate.
  • the error rate characteristic of the communication channel which was approximately 3.4% from time t0, gradually increases to about 3.7% from time t0 to t1, and from time t2 to t3.
  • the error rate discriminator 135 selects ER COR as ER EST .
  • the error rate starts to deteriorate at time t0, exceeds ER TH at t4, and thereafter, error rate discriminator 135 selects ER D as ER EST until it falls below ER TH again at time t5.
  • the error rate discriminator 135 selects ER COR again as ER EST . Even when the channel characteristics fluctuate in this way, the error rate of the received codeword can be accurately monitored over a wide range by switching the error rate calculation method, and depending on the monitored error rate. Thus, the coding rate can be determined.
  • the error rate switching threshold ERTH is 3.6%, it may be about 3.5% in order to secure a margin.
  • the switching threshold when the error rate increases and the switching threshold when the error rate decreases may be different values, and hysteresis can be provided to suppress the influence of fluctuation of the estimated error rate. Further, a method may be adopted in which the selection error rate is changed when the error rate threshold is continuously exceeded (or falls below) a plurality of times.
  • the first effect is that efficient error correction can be performed without mounting a plurality of error correction circuits.
  • the reason is that the error rate of the received codeword can be accurately monitored over a wide range by switching between a plurality of error rate calculation methods, and thus it is possible to continue to set the coding rate according to the error rate. Because you can. If the error correction code control as in this embodiment is not used, it is necessary to implement a code corresponding to the highest error rate in order to support a wide range of error rates with one error correction circuit, and low error For the rate data, the performance becomes excessive and the transmission efficiency is lowered.
  • the second effect is that the number of dummy bits to be inserted can be reduced, and the transmission efficiency is increased.
  • the reason is that by assigning a dummy bit to a bit having a low error correction effect, a bit position that is likely to be erroneous when the error rate is high can be preferentially excluded.
  • the coding rate control is described in which the transmitter and the receiver are connected one-to-one on the communication path, and the error rate varies due to the characteristics variation of the communication path.
  • the invention is not limited to this.
  • a case where the present invention is applied to a network in which a transmission destination is switched will be described as a second embodiment of the present invention.
  • the transmitter 61 is connected to the receivers 63 and 64 through the communication paths 621 to 623 and the switch 62.
  • the communication paths 621 to 623 may be wired or wireless.
  • the transmitter 61 includes a MAC block 611 that generates a message, an error correction code controller 612 that performs dummy bit insertion control, an encoder 613, a transmission interface 614, and a bandwidth control block 615.
  • the receivers 63 and 64 include MAC blocks 631 and 641 for receiving messages, error correction code controllers 632 and 642 for performing dummy bit deletion control, decoders 633 and 643 for performing error correction of received messages, and a transmitter 11 have receiving interfaces 634 and 644 for receiving codewords, respectively, and further has fixed pattern error rate calculators 636 and 646 and error rate discriminators 635 and 645, respectively.
  • Decoders 633 and 643 output error rates ER COR based on the number of errors corrected when decoding codewords input from reception interfaces 634 and 644, respectively, to error discriminators 635 and 645, respectively.
  • Fixed pattern error rate calculator 636 and 646 are respectively output to the reception interface 634 and 644 extract only the dummy bits from the codeword input respectively from the error-rate discriminator 635 and 645 to calculate the dummy bit error rate ER D and .
  • Error rate discriminators 635 and 645 discriminate error rate information ER EST using error rate ER COR from decoders 633 and 643 and dummy bit error rate ER D from fixed pattern error rate calculators 636 and 646, respectively. Then, the error correction code controller 612 on the transmission side and the error correction code controllers 632 and 642 on the reception side are notified respectively.
  • the error correction code controller 612 of the transmitter 61 performs dummy bit insertion control according to the error rate as described above, and further outputs the error rate to the band control block 615.
  • the band control block 615 performs band control of communication with the receiver 63 and communication with the receiver 64 according to the error rate received from each receiver. For example, as will be described later, time allocation is set so that each communication is fair.
  • the transmitter 61 and the receiver 63 perform communication while performing the error correction code control according to the first embodiment described above.
  • the transmitter 61 and the receiver 63 are in a state of being connected through the communication paths 621 and 623 by the switch 62. If the error rate of the communication channel is about 3.4%, dummy bit insertion is minimized, so that the error rate discriminator 635 selects the ER COR from the decoder 633 as described above. The error rate is monitored. In this state, the case where the switch 62 switches the path and the transmitter 61 and the receiver 64 start communication will be described.
  • the switch 62 receives a path switching request at time t0, and the transmitter 61 and the receiver 64 start communication. Immediately after the path is switched, the transmitter 61 and the receiver 64 do not know the channel characteristics, so that the most suitable coding rate cannot be selected. Therefore, a fixed pattern is inserted as a dummy bit at a sufficient rate immediately after the path switching.
  • the error rate discriminator 645 to estimate the channel state by selecting the ER D from fixed pattern error rate calculator 646.
  • the proportion of dummy bits in the code word is 50%.
  • the error correction code controller 612 of the transmitter 61 and the error correction code controller 642 of the receiver 64 are message messages from time t1.
  • the amount of dummy bits to be inserted is 103 kbit, and the encoder 613 and the decoder 614 handle a 1 Mbit code word. Thereafter, communication is performed between the transmitter 61 and the receiver 64 while performing error correction code control based on the above-described first embodiment.
  • the transmitter 61 and the receiver 64 communicate with each other from the state where the transmitter 61 and the receiver 63 communicate (hereinafter referred to as the state A) (hereinafter referred to as the state A). , State B). According to the present embodiment, a characteristic effect can be obtained by controlling the operation of alternately repeating the state A and the state B.
  • the receiver 63 and the receiver 64 are paying the same amount as a line usage fee, it is desirable that the receiver 63 and the receiver 64 can receive the same amount of information from the viewpoint of fairness.
  • the channel quality in both the A and B states is not always equal. For example, if state A does not require dummy bits, but state B requires 10% dummy bits, if the time allocation of state A and state B is equalized, receiver 64 can receive Compared to 63, only 90% of the information amount can be received. Therefore, the bandwidth control block 615 can execute the following control in order to ensure fairness.
  • the bandwidth control block 615 receives error rate information in each communication state from the error correction code controller 612, the bandwidth control block 615 sets the time allocation of the state A and the state B to 9:10 according to the error rate. By performing bandwidth control in this way, the amount of information that can be received by the receiver 63 and the receiver 64 can be made comparable even when there is a difference in channel quality in each state as described above.
  • the receiver 63 selects ER COR , and the receiver 64 selects ER D to monitor the communication path state change.
  • the sender 11 and the receiver 13 are connected via the communication path 12, and the dummy bit amount to be inserted into the message is controlled following the state change of the communication path. To do.
  • the error rate discriminator 135 refers to the ratio of the dummy bits inserted into the message, and the ER D sent from the fixed pattern error rate calculator 136 and the ER COR sent from the decoder 133 Decide which one to choose.
  • the error rate discriminator 135 calculates the ratio R of dummy bits in the message (step S701), and determines whether R is higher or lower than a predetermined threshold (step S702). If R is greater than a predetermined threshold value employs the error rate ER D of the dummy bits as ER EST (step S703), if it is lower employing the error rate ER COR calculated from the number of error corrections as ER EST (step S705 ). Further, the ratio of dummy bits in the message is set again based on the estimated error rate ER EST (step S704).
  • the predetermined threshold at this time may be set to a value with which the accuracy of dummy bit error rate calculation is sufficiently high, for example.
  • a dummy bit of 50 kbits can be secured in the code word. If the error rate is 3.6%, about 1900 errors are included in the dummy bits. It exists and can secure sufficient accuracy for error rate estimation. That is, in this case, 5% is adopted as the predetermined threshold.
  • the communication path characteristics between the station side device and each subscriber device may differ greatly. Even in such a case, according to the present embodiment, one code A good error correction characteristic can be maintained over a wide range of error rates by using a device.
  • the station side device 81 is connected to a plurality of subscriber devices 83 and 84 through a communication path 82 having a branching section.
  • the station apparatus 81 includes an error correction code controller 811 that performs dummy bit insertion control on the transmission message described in the first embodiment, an encoder / decoder 812, a transmission interface 813, an error rate estimator 814, and an error rate.
  • An information / monitor method storage unit 815 is provided. Also in the present embodiment, as in the second embodiment described above, the station side device 81 transmits the entire codeword in which redundant data (parity information) is added to the message from the transmission interface 813.
  • the error rate estimator 814 has an error rate estimation function as described above.
  • the error rate information / monitoring method storage unit 815 is a coding rate / error rate monitoring method setting table, and coding rate information and error rate monitor necessary for communication with each subscriber unit corresponding to the estimated error rate.
  • the method is stored in advance.
  • the coding rate / error rate monitoring method setting information table may be updated by measuring the transmission loss by the installer when starting the service, or used for error rate information generated in past communications or past communications.
  • the station apparatus may update the coding rate / monitoring method setting information based on the error rate monitoring method. By referring to the coding rate / monitoring method setting table, it is possible to set the coding rate and the error rate monitoring method when communicating in the past using the error rate when communicating in the past.
  • Subscriber apparatuses 83 and 84 are error correction code controllers 831 and 841 that perform dummy bit deletion control, encoder / decoders 832 and 842 that perform transmission data encoding and error correction of received messages, and station side apparatus 81. Communication interfaces 833 and 843 for receiving codewords are provided.
  • the operations of the error correction code controller 811 and the error correction code controllers 831 and 841 are as described in the first and second embodiments. Since the error rate information / monitoring method storage unit 815 stores the coding rate information and the error rate monitoring method necessary for communication with each subscriber unit, the communication partner can be set as in the example of the second embodiment. Immediately after the switching, it is not necessary to insert a sufficient proportion of dummy bits, and the coding rate and the monitoring method are determined based on the information stored in the error rate information / monitoring method storage unit 815. In this embodiment, a Reed-Solomon (255, 239) code is used as an error correction code. According to the information in the error rate information / monitor method storage unit 815 illustrated in FIG.
  • the coding rate is set to 0.937. Then, the error rate ER COR calculated from the number of error corrections is used for the error rate monitor. On the other hand, the subscriber # 1 has a large transmission loss and needs to insert dummy bits, the error correction code controllers 811 and 831 reduce the coding rate to 0.901, and the error rate discriminator 834 The rate ER D is notified to the error correction code controllers 811 and 831 as the estimated error rate ER EST .
  • the error correction code controllers 831 and 841 in the subscriber units 83 and 84 are supplied from the encoders / decoders 832 and 842 when dummy bits are not inserted in accordance with the coding rate information from the station side device 81.
  • the message is output as it is, and when the dummy bit is inserted, the dummy bit is deleted from the message from the encoder / decoder 832 or 842 and output.
  • a) Normal Discovery Sequence As shown in FIG. 13A, in the normal Discovery process, first, Discovery_Gate is transmitted from the OLT 1103 to the ONU 1101 (step S2101), and the local time T1 of the OLT 1103 and the like are notified to the ONU 1101. Subsequently, the ONU 1101 adjusts the time to T1, then transmits Register_Request to the OLT 1103, and notifies the ONU 1101 transmission time T2 and a registration request to the OLT (step S2102).
  • the OLT 1103 measures the distance between the time T3 at which the Register_Request is received and the ONU 1101 from the above T1 and T2, and then notifies the LLID (Logical Link Identifier) and the uplink transmission designated time (steps S2103 and S2104). Registration_ACK (step S2105), the registration is completed (step S2106).
  • LLID Logical Link Identifier
  • FIG. 13B shows a sequence when the error correction code control method according to this embodiment is applied when a new ONU is introduced.
  • the ONU 1101 and the ONU 1103 set the dummy bit ratio to a high value in advance, and start the Discovery process (Steps S3101 and S3102). In this way, the Discovery process can be performed without error regardless of the communication path state. Then it runs the same process as FIG. 13 (A), the receives a Discovery_Gate (S2101), ONU1101 computes a dummy bit error rate ER D of the downlink signal (step S3103), the T2 in Register_Request (S2102) Additionally informing the error rate ER D of the downstream signal.
  • S2101 Discovery_Gate
  • ONU1101 computes a dummy bit error rate ER D of the downlink signal
  • the T2 in Register_Request S2102
  • step S3104 When receiving the in OLT1103 Register_Request (S2102), calculates the dummy bit error rate ER D of the uplink signal (step S3104), informs the error rate ER D of the uplink signal in addition to notifying the LLID in Register (S2103). After the completion of the discovery process, the ratio of dummy bits is set low (steps S3105 and S3106), and the registration is completed (S2106).
  • step S2106 it is not necessary to determine the coding rate for performing uplink / downlink communication immediately before registration completion (step S2106), as shown in FIG. 13B, and after completion of channel estimation. Anytime, if any. Also, the error rate calculation (steps S3103 and S3104) for each of the upstream and downstream signals does not need to be immediately after Discovery_Gate (step S2101) and Register_Request (step S2102), and may be any time before registration is completed (step S2106). .
  • a band control block is added to the station side device of the communication system according to the fourth embodiment to generate communication band allocation control information described later.
  • DBA Dynamic Bandwidth Allocation
  • the station side device 91 includes a plurality of subscriber devices 93, 94... (# 1) via a communication path 92 having a branching unit. , # 2).
  • Each of the subscriber devices 93, 94,... Has the same functional configuration as the subscriber devices 83, 84 shown in FIG.
  • the station side device 91 has the same configuration as the station side device 81 shown in FIG. 12 except that the station side device 91 has a band control block 916, the same reference numerals are assigned and description thereof is omitted.
  • the subscriber device # 4 has a large channel loss and channel quality. Is connected in a bad situation.
  • ONU # 1 ONU # 2
  • FIG. 15A if there are three users, ONU # 1, # 2, and # 3, during time t1, the band is divided into three and each user communicates. Since ONU # 3 does not communicate during time t2, the two users of ONU # 1 and # 2 share the bandwidth.
  • each user communicates by dividing the band into four.
  • a general DBA monitors the communication amount (packet amount) of each user to increase or decrease the bandwidth.
  • the bandwidth control according to the communication amount as shown in FIG. Unable to ensure bandwidth fairness.
  • fairness is achieved when ONUs # 1 to # 3 are connected in a situation where the channel quality is relatively good, and ONU # 4 is connected in a situation where the channel loss is large and the channel quality is poor.
  • the amount of information actually communicated can be made equal for each user by ensuring a large bandwidth for the ONU # 4 user during the time period t3.
  • the bandwidth control block 916 uses about half of the coding rate used by ONU # 4 compared to the coding rate used by ONUs # 1 to # 3 for communication.
  • the call time of ONU # 4 is set to about twice that of other ONUs.
  • a communication band control device comprising: (Appendix 2) The communication band control device according to appendix 1, wherein the communication band control unit allocates a relatively long communication time for communication with a relatively low coding rate.
  • the encoder provided in the first communication device and the decoder provided in each of the plurality of second communication devices implement a predetermined error correction code
  • Each of the plurality of second communication devices has error rate estimation means for estimating a first error rate from a received codeword received from the first communication device
  • the coding rate determining means calculates the coding rate using the first error rate and a second error rate estimated based on error correction when the decoder decodes the received codeword. decide,
  • the communication band control device according to appendix 1 or 2, characterized by the above.
  • the coding rate determining means has at least one error rate threshold, and when the first error rate exceeds the error rate threshold, the coding rate is changed to be low, and the second error rate is set.
  • the communication band control device according to appendix 3, wherein the coding rate is changed to a higher value when the error rate becomes equal to or less than the error rate threshold.
  • the supplementary note 3 or 4 is characterized in that the error rate estimating means estimates the first error rate using a known pattern shared in advance between the transmitting communication device and the receiving communication device.
  • the communication band control device described. (Appendix 6) 6.
  • the coding rate determining means has at least one threshold for the ratio of the known pattern, the first error rate is higher when the ratio of the known pattern is higher than the threshold, and the second is when the ratio is lower. 7.
  • the communication band control device according to appendix 5 or 6, wherein the coding rate is set with reference to an error rate.
  • Appendix 8 A communication bandwidth control method in a data communication system in which a first communication device and a plurality of second communication devices are connected via a communication path, Determining a coding rate of each communication based on an error rate estimated from communication between the first communication device and each of the plurality of second communication devices; Controlling time allocation of communication bands for each communication based on the coding rate; A communication bandwidth control method.
  • the communication band control method according to supplementary note 10, characterized by: (Appendix 12) 12.
  • (Appendix 13) 13 The communication band control method according to appendix 12, wherein the determined coding rate is realized by changing a ratio of the known pattern in input data of the encoder.
  • At least one threshold for the ratio of the known pattern is provided, the first error rate is referred to when the ratio of the known pattern is higher than the threshold, and the second error rate is referred to when the ratio is lower. 14.
  • Appendix 15 A data communication system in which a first communication device and a plurality of second communication devices are connected via a communication path, The first communication device or the second communication device determines a coding rate of each communication based on an error rate estimated from communication between the first communication device and each second communication device, and the code Control the time allocation of communication bandwidth for each communication based on the conversion rate, A data communication system.
  • At least one threshold for the ratio of the known pattern is provided, the first error rate is referred to when the ratio of the known pattern is higher than the threshold, and the second error rate is referred to when the ratio is lower.
  • the first communication device is a station side communication device, the second communication device is a subscriber side communication device, executes a Discovery process in a state where the coding rate is set low, and sets the first error rate.
  • the first communication device is a station side communication device
  • the second communication device is a subscriber side communication device
  • the present invention can be used for a communication system in which an error rate correction code corresponding to a wide error rate range is required due to a large variation or difference in channel characteristics.

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Abstract

【課題】一つの誤り訂正回路で誤り率のばらつきあるいは変動が大きい通信系にも対応可能であり、ユーザ間の不公平性が生じない通信帯域制御方法および装置を提供する。 【解決手段】通信帯域制御装置は、第１通信機（９１）と複数の第２通信機（９３，９４）とが通信路（８２）を介して接続されたデータ通信システムにおいて、第１通信機と複数の第２通信機の各々との間の通信から推定された誤り率に基づいて各通信の符号化率を決定し、符号化率に基づいて各通信に対する通信帯域の時間割当を制御する。

Description

データ通信システムにおける通信帯域制御方法および装置
　本発明はデータ通信システムに係り、特に通信帯域制御方法および装置に関する。
　インターネット等のネットワークを介したデータ通信やCD-ROＭ等の記憶媒体からのデータ読み込みでは、ノイズが転送中のデータに影響してデータ誤りを引き起こす可能性が常に存在する。このために、データ誤りが発生しても、それを訂正することができる誤り訂正符号が広く使用されている。頻繁に使用される誤り訂正符号には、ハミング符号の様な最も単純な単一誤り訂正符号、ＢＣＨ(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem)符号やＲＳ(Reed-Solomon)符号の様な実装に適した巡回符号、ターボ符号やＬＤＰＣ(Low Density Parity Check)の様な高効率ではあるものの信号処理負荷の大きい符号などがある。なかでもＬＤＰＣはシャノンの理論限界に迫る特性を持つ符号であり近年注目を集めている。
　誤り訂正符号の使用形態としては、メッセージに冗長データを付加して符号語全体を送信する前方誤り訂正（ＦＥＣ：Forward Error Correction)と、送信したメッセージを元に送受信者間で冗長データを再度共有してメッセージ中の誤りを訂正する方式（以下、共有方式という。）が挙げられる。ＦＥＣでは、メッセージの送信前に符号器で冗長データを計算してメッセージと共に受信器に送信し、受信器で復号器を通して受信データ中の誤りを検出／訂正する。このようにＦＥＣではデータの再送が不要であることから高いスループットを得ることができ、無線通信や光通信で広く使用されている。一方、共有方式では、送受信器間で誤りを含むデータを共有する手段と、共有したデータからパリティ情報を計算して送受信器間で相互に照らし合わせ誤りの検出／訂正を行う手段と、に分かれており、量子暗号鍵配付技術やDistributed Source Coding等に使用されている。
　一般的な誤り訂正符号では、ｋビットのメッセージにＭビットの冗長データを付加してｎ（ｎ＝ｋ＋Ｍ）ビットの符号語とする。一定のｋビットのメッセージ中に存在する誤りの数によって、必要となるＭビットの冗長データは大きくなる。実際にはｎビットの符号語の符号長を一定として、誤り訂正を行う前の符号語の誤り率に応じて、メッセージｋビットと冗長データＭビットの割合が決定される。冗長データの割合を大きくするとより多くのビット誤りを訂正可能となる反面、データの転送効率が悪化する。２元対称通信路でビット誤り率ｐの符号語を訂正するためには、シャノンのバイナリエントロピ（H(p)=-plog2p-(1-p)log2(1-p)）以上の割合の冗長データを確保する必要があり、ビット誤り率が高いほど多くの冗長データが必要となる。従って、ターゲットとするビット誤り率から、使用する誤り訂正符号の符号化率が決定される。
　このように誤り訂正符号には訂正可能なビット誤り率の上限が決まっており、この上限は符号の種類や符号化率によって決定される。一例として、誤り率に対するＬＤＰＣ符号の誤り訂正性能の変化を図１に示す。
　図１の横軸は誤り訂正を施す符号語の誤り率を示し、縦軸は次式により与えられる誤り訂正効率ｆ（ｐ）を示す。
　f(p) = {(1-符号化率)/誤り訂正成功確率}/H(p)
　誤り訂正効率ｆ（ｐ）は１．０に近いほどシャノン限界に近い誤り訂正効率が得られていることを示しており、たとえば非特許文献１には符号長１Ｍビットの符号によって誤り訂正効率ｆ（ｐ）＜１．１という特性が報告されている。
　図１において、符号化率０．７０、０．７５の場合、８ｋビット、１６ｋビットおよび１３０ｋビットの３通りの符号長の誤り訂正性能をシミュレーションした結果が示される。符号化率０．７５、符号長１６ｋビットの場合を例示すると、誤り率が３．３％以下の領域では誤り率が高くなるほど誤り訂正効率ｆ（ｐ）は１．０に近づいていく。これはｆ（ｐ）の分子の値が一定であるのに対して、分母の値が大きくなっていく領域に相当するためである。一方、誤り率が３．５％まで大きくなると、誤り訂正効率は急激に劣化している。これは、この符号で訂正可能な誤りを超える数の誤りが符号語中に存在する為に誤り訂正成功確率が低くなり、ｆ（ｐ）の分子が大きくなってしまうからである。
　他方、同じ符号化率０．７５でも符号長を１３０ｋビットにすると、誤り訂正効率ｆ（ｐ）は誤り率３．５％まで順調に低くなり続ける。これは、符号長を長く取ることによって符号語の誤り率変動が小さくなり、誤り訂正可能な誤り数を超える確率が小さくなる為である。誤り率３．６％以上の領域における符号化率０．７０の特性も同様の傾向を示している。従って、特性の良い誤り訂正符号を得るためには、符号長を長くすると共に、訂正可能な誤り率の上限周辺で使用することが必要である。
D. Elkouss, A. Leverrier, R. Alleaume and J. J. Boutros, "Efficient reconciliation protocol for discrete-variable quantum key distribution," (available at http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0901/0901.2140v1.pdf), Jan.2009.
　しかしながら、特定の誤り訂正符号の訂正効率が訂正可能な誤り率の上限周辺で向上するということは、効率良く使用できる誤り率の範囲が狭いことを意味する。したがって、誤り率のばらつきや変動の幅が大きいと、効率の良い誤り訂正を行うことができなくなる。誤り率の変動が大きい通信系としては、たとえば通信路状態の変化の大きい無線通信、電力線に接続される電気機器のインピーダンス変動の影響を受けるＰＬＣ(Power Line Communication)等が挙げられる。また、誤り率のばらつきが大きい通信系としては、ユーザ毎の伝送路条件が異なるPassive Optical Network(ＰＯＮ)や複数チャネルの通信データを１つの誤り訂正回路で処理する通信系が挙げられる。
　このような誤り率のばらつきや変動の幅が大きい通信系に対応するためには、最も悪い誤り率に対応した誤り訂正符号を実装すればよいが、これでは誤り率が低い場合に効率が劣化するという問題がある。他の方法としては、複数の誤り訂正回路を実装することによって幅広い誤り率に対応した誤り訂正を行うことも可能である。しかしながら、複数の回路を実装することによって回路サイズおよび消費電力の増大を引き起こす。
　さらに、通信路品質に応じて使用する誤り訂正符号の符号化率を変化させることで誤り率のばらつきや変動には対応できるが、ＰＯＮの様に複数のユーザが帯域をシェアする場合には公平性の観点から問題が生じうる。すなわち、ＤＢＡ(Dynamic Bandwidth Allocation)では各ユーザの通信量（パケット量）をモニタして帯域の増減を行うので、ユーザ毎に符号化率が異なるとユーザ間で不公平が生じる。
　そこで、本発明の目的は、一つの誤り訂正回路で誤り率のばらつきあるいは変動が大きい通信系にも対応可能にする通信帯域制御方法および装置を提供することにある。
　さらに、本発明の他の目的は、ユーザ間の不公平性が生じない様な通信帯域制御方法および装置を提供することにある。
　本発明による通信帯域制御装置は、第１通信機と複数の第２通信機とが通信路を介して接続されたデータ通信システムにおける通信帯域制御装置であって、前記第１通信機と前記複数の第２通信機の各々との間の通信から推定された誤り率に基づいて各通信の符号化率を決定する符号化率決定手段と、前記符号化率に基づいて各通信に対する通信帯域の時間割当を制御する通信帯域制御手段と、を有することを特徴とする。
　本発明による通信帯域制御方法は、第１通信機と複数の第２通信機とが通信路を介して接続されたデータ通信システムにおける通信帯域制御方法であって、前記第１通信機と前記複数の第２通信機の各々との間の通信から推定された誤り率に基づいて各通信の符号化率を決定し、前記符号化率に基づいて各通信に対する通信帯域の時間割当を制御する、ことを特徴とする。
　本発明によれば、一つの誤り訂正回路で誤り訂正可能な誤り率の範囲が拡張され誤り率のばらつきあるいは変動が大きい通信系に対応可能となり、帯域の割り当てにおいてユーザ間の不公平性が生じない。
図１はＬＤＰＣ誤り訂正符号の特性例を表すグラフである。 図２は本発明の第１実施形態によるデータ通信システムを示すブロック図である。 図３は第１実施形態で使用している誤り訂正符号の特性を示すグラフである。 図４（Ａ）は第１実施形態による誤り訂正符号制御装置を説明するための機能的ブロック図であり、図４（Ｂ）はその一例であるダミービット制御動作を示すフローチャートである。 図５は第１実施形態におけるダミービットの挿入方法を示す説明図である。 図６（Ａ）は第１実施形態におけるクライアント信号のフレーム化の一例を示す模式図であり、図６（Ｂ）は同じくフレーム化の他の例を示す模式図である。 図７は第１実施形態における通信路の誤り特性の変動を例示したグラフである。 図８は本発明の第２実施形態による通信システムを示すブロック図である。 図９は第２実施形態における通信経路切替時にメッセージ中に挿入する固定パタンの割合の変化を示すグラフである。 図１０は、本発明の第２実施形態において、通信経路切替の際にメッセージ中に挿入する固定パタンの割合を変化させるイメージ図である。 図１１は本発明の第３実施形態の動作を表すフローチャートである。 図１２は本発明の第４実施形態による通信システムを示すブロック図である。 図１３（Ａ）は本発明の第４実施形態によるＰＯＮシステムに新規加入者が追加される際の通常のＤｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスを示すシーケンス図であり、図１３（Ｂ）はＤｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスに本発明の誤り訂正符号制御方法を追加適用した場合のシーケンス図である。 図１４は、本発明の第５実施形態において、ＰＯＮシステムに符号化率に応じた帯域制御を施す通信システムを示すブロック図である。 図１５（Ａ）は一般のＤＢＡ方式の動作を表す模式図であり、図１５（Ｂ）は符号化率に応じたＤＢＡ方式の動作を表す模式図である。
　本発明の実施形態によれば、所定の誤り訂正符号を実装した通信システムにおいて、符号語の中に埋め込まれた所定パタンに基づく第一の誤り率と、誤り訂正復号時の誤り訂正数に基づく第二の誤り率とを用いて誤り訂正符号の符号化率を決定する。これにより、一つの誤り訂正回路で誤り訂正可能な誤り率の範囲を拡張することができ、誤り率のばらつきあるいは変動が大きい通信系に対応可能となる。以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
　１．第１実施形態
　本実施形態を適用する通信システムは、送信者と受信者が１：１接続されている状態であり、通信路特性の動的な変動に対応する為に本願発明の誤り訂正符号制御方法を使用する。誤り訂正符号としてＬＤＰＣを使用し、後述するように、誤り率に応じてメッセージの一部を固定パタンに変更し、この固定パタンの誤り率と訂正を行った誤り数を元に通信路の推定を行う。
　１．１）システム構成
　図２に示すように、本実施形態によるデータ通信システムにおいて、送信器１１は通信路１２を通して受信器１３と接続され、メッセージや冗長データを受信器１３へ送信すると共に、受信器１３との間で誤り率情報を送受信する。通信路１２は有線／無線を問わない。
　送信器１１は、メッセージを生成するＭＡＣ(Media Access Control)ブロック１１１と、ダミービット挿入制御を行う誤り訂正符号制御器１１２と、符号器１１３と、送信インターフェイス１１４とを有する。
　受信器１３は、メッセージを受信するＭＡＣブロック１３１と、ダミービット削除制御を行う誤り訂正符号制御器１３２と、受信メッセージの誤り訂正を行う復号器１３３と、送信器１１から符号語を受信する受信インターフェイス１３４と、を有し、さらに固定パタン誤り率計算器１３６と誤り率判別器１３５と、を有する。復号器１３３は、受信インターフェイス１３４から入力した符号語を復号する際に訂正された誤り数に基づく誤り率ＥＲCORを誤り判別器１３５へ出力する。固定パタン誤り率計算器１３６は、受信インターフェイス１３４から入力した符号語からダミービットのみを抽出してダミービット誤り率ＥＲＤを計算し誤り率判別器１３５へ出力する。誤り率判別器１３５は、復号器１３３からの誤り率ＥＲCORと固定パタン誤り率計算器１３６からのダミービット誤り率ＥＲＤとを用いて誤り率情報ＥＲESTを判別し、送信側および受信側の誤り訂正符号制御器１１２および１３２へそれぞれ通知する
　なお、送信器１１の誤り訂正符号制御器１１２および符号器１１３は、送信器１１のＣＰＵ(Central Processing Unit)等のプログラム制御プロセッサ上でプログラムを実行することにより同等の機能を実現することができる。同様に、受信器１３の復号器１３３、固定パタン誤り率計算器１３６、誤り率判別器１３５および誤り訂正符号制御器１３２も受信器１３のＣＰＵ(Central Processing Unit)等のプログラム制御プロセッサ上でプログラムを実行することにより同等の機能を実現することができる。また、送信器１１の機能と受信器１３の機能とが１つの通信装置に装備されてもよい。
　１．２）システム動作
　本実施形態における送信器１１では、ＭＡＣブロック１１１が送信メッセージを誤り訂正符号制御器１１２へ出力する。誤り訂正符号制御器１１２は、受信側の誤り率判別器１３５より送られてきた誤り率情報ＥＲESTに基づいて誤り訂正符号の符号化率を決定し、所定量のダミービットとして事前に受信器１２との間で共有している固定パタンを送信メッセージ中に挿入する。符号器１１３は、このダミービットが挿入されたメッセージを入力し、パリティ情報を追加して符号語として送信インターフェイス１１４へ出力し、送信インターフェイス１１４が符号語を信号として通信路１２へ送出する。
　受信器１３では、受信インターフェイス１３４が送信側の送信インターフェイス１１４から送信された信号を受信し、受信した符号語を固定パタン誤り率計算器１３６および復号器１３３へそれぞれ出力する。ここで送信インターフェイス１１４より送られた送信符号語は、通信路１２において一部誤りが発生して受信器１３で受信される可能性があり、この受信された符号語を受信符号語と呼ぶことにする。固定パタン誤り率計算器１３６は、受信符号語の中からダミービットを抽出し、事前に送信器１１との間で共有している固定パタンと照合することでダミービット誤り率ＥＲＤを推定し誤り率判別器１３５へ出力する。復号器１３３は受信符号語の誤り訂正を行い、訂正した誤り数を元に誤り率ＥＲＣＯＲを推定して誤り率判別器１３５へ出力する。さらに復号器１３３は、誤り訂正後の、ダミービットが挿入されたメッセージを誤り訂正符号制御器１３２へ出力する。誤り訂正符号制御器１３２は、誤り率判別器１３５より通知された誤り率情報ＥＲESTに基づいて符号化率を決定し、復号器１３３から入力したデータからダミービットを削除した後、メッセージをＭＡＣブロック１３１へ出力する。
　誤り率判別器１３５は、固定パタン誤り率計算器１３６から入力したダミービット誤り率ＥＲＤと復号器１３３から入力した誤り率ＥＲＣＯＲの双方を参照して符号語の誤り率ＥＲESTを決定し、送信側および受信側の誤り訂正符号制御器１１２および１３２へそれぞれ通知する。すなわち、誤り率判別器１３５は、複数の推定誤り率の中から、実装された誤り訂正符号を参照しつつ、最も確からしい誤り率を選択し、誤り訂正符号制御器１１２および１３２へ通知する。
　以下、本実施形態における符号器１１３および復号器１３３には、符号長１Ｍビット、符号化率０.７５のＬＤＰＣが実装されているものとする。たとえば、このＬＤＰＣの検査行列の次数分布は非特許文献１に示されている様な分布に従っており、図３に示す誤り訂正性能を有するものとする。すなわち、図３に示すように、誤り率が３.６％よりも低い領域では誤り率が高くなるにつれて誤り訂正効率ｆ（ｐ）は１.０に近づき、誤り率が３.６％を超えると誤り訂正しきれなくなるケースが増加し訂正効率ｆ（ｐ）は劣化する。
　１．３）ダミービット挿入制御
　図４を参照しながらダミービット挿入制御について詳細に説明する。ただし、図４（Ａ）に示す誤り訂正符号制御器２２は、図２における送信側の誤り訂正符号制御器１１２に対応するものとする。受信側の誤り訂正符号制御器１３２は、誤り訂正符号制御器２２のダミービット挿入とは逆のダミービット削除動作を行うことでメッセージＭを生成する。
　挿入するダミービットの量は、実装している誤り訂正符号の性能と推定誤り率より決定する。具体的には、符号長が１Ｍｂｉｔで誤り率が４．０％まで劣化した場合、１００ｋｂｉｔのダミービットを加える。図３に示す性能を有する誤り訂正符号では、１Ｍｂｉｔ中に３７７４８ｂｉｔ程度の誤りを訂正できるが、誤り率が４．０％まで劣化すると、この訂正可能な誤り数を超えるので、１０３ｋｂｉｔ分をダミービットで埋める。これにより訂正しなければならない誤りは残りの９２１ｋｂｉｔ中の３７７２４ビット程度となり、訂正可能な誤り数範囲に収まる。さらに、以下に示すように、ダミービットを挿入する位置を工夫することで、挿入するダミービットを削減することもできる。
　図４（Ａ）に示すように、誤り訂正符号制御器２２は、所定ビット位置のダミービット挿入制御を行う切替判断部２３およびダミービット挿入部２４を有する。切替判断部２３は、受信側の誤り率判別器１３５により推定された誤り率ＥＲＥＳＴが所定値より高くなると、メモリ２１から読み込んだメッセージＭをダミービット挿入部２４へ出力する。ダミービット挿入部２４は、符号器２５の符号特性で誤り訂正効果がより低いビット位置にダミービットを挿入することでメッセージＭ１を生成し符号器２５へ出力する。誤り率ＥＲＥＳＴが所定値以下であれば、切替判断部２３はメッセージＭをそのままメッセージＭ１として符号器２５へ出力する。後で詳述するように、誤り率ＥＲＥＳＴが上昇したときに誤り訂正効果が低いビット位置にダミービットを挿入することで誤り数を訂正可能範囲内に収めることが可能となり、結果として、誤り訂正可能な誤り率の範囲が拡張される。
　符号器１１３および復号器１３３にＬＤＰＣ符号が実装されている場合、ダミービット挿入部２４では、ＬＤＰＣ検査行列Ｈにおける列重みの値が所定値より小さいビット位置に対してダミービットを挿入する。誤り訂正符号制御器２２のダミービット挿入制御動作は次の通りである。
　図４（Ｂ）において、切替判断部２３は、誤り率判別器１３５により推定された誤り率ＥＲＥＳＴが所定値より高くなったか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ダミービットを挿入するか否かの判定基準である所定値は、誤り訂正符号の訂正可能な誤り率の上限に設定することができる。推定された誤り率ＥＲＥＳＴが所定値より高い場合には（ステップＳ２０１のＹＥＳ）、誤り訂正符号制御器２２はメモリ２１に格納された送信メッセージＭから所定量Ａ０の情報Ｍ０を読み出し、切替判断部２３はこの情報Ｍ０をダミービット挿入部２４へ与える（ステップＳ２０２）。ダミービット挿入部２４は、ＬＤＰＣ検査行列Ｈにおける列重み＝２のビット位置にダミービットを挿入することで所定量Ａ１の情報Ｍ１を生成し符号器２５へ出力する（ステップＳ２０３）。また、推定された誤り率ＥＲＥＳＴが所定値以下であれば（ステップＳ２０１のＮＯ）、誤り訂正符号制御器２２はメモリ２１に格納された送信メッセージＭから所定量Ａ１の情報を読み出し、切替判断部２３はこの情報をそのまま符号器２５へ出力する（ステップＳ２０４）。
　図５（Ａ）に本実施形態で実装しているＬＤＰＣの検査行列の一部を示す。１列目の重みが５、２列目の重みが４、３列目の重みが６、４列目の重みが２、５列目の重みが３となっている。パリティチェックを行う際、重みが２である列に対応するメッセージビットの誤り訂正効果が低くなる為、図５（Ｂ）に示す様に、メッセージＭ０からメッセージＭ１を生成する際に、列重みが２である４ビット目に固定値”０”を挿入し、それ以降は順次ビット番号をシフトさせていく。これ以降も同様に、列重みが２である列に対応するメッセージビット位置に固定値”０”を挿入し以下順次ビット番号をシフトさせる。ここで、ダミービットとして固定値“０”を挿入する例を示したが、送受信器間で共有しているパタンであれば何でも良い。
　このように誤り率が高くなったときに、誤り訂正効果が低いビット位置に固定値のダミービットを割り当てたメッセージＭ１を用いてパリティ計算することで符号語中の誤り数をＬＤＰＣ符号の誤り訂正可能範囲内に収めることが可能となり、１つの符号器２５（図２の符号器１１３）で誤り訂正可能範囲を広げることができる。
　ダミービットの挿入によって通信フレームが変化する様子を図６に示す。図６(Ａ)は、一般のＯＴＵ（Optical-channel Transport Unit）フレームにクライアント信号が収容される様子を示している。クライアント信号は、順次制御情報（ＯＨ）がつけられ、ＯＰＵ（Optical-channel Payload Unit）、ＯＤＵ（Optical-channel Data Unit）とフレーム化され、ＦＥＣの冗長データがつけられてＯＴＵフレームとなる。
　ダミービットの挿入を行う場合、通信路の誤り率に応じて、図６(Ｂ)に示すように、クライアント信号を分割し、分割後の各々の信号をダミービットと合わせてフレーム化することになる。
　１．４）推定誤り率判別
　上述したダミービット挿入制御によれば、誤り率が高くなると符号語中のダミービットの割合が増加し、低くなるとダミービットの割合が低下する。従って、図３に示すような誤り率特性を持つＬＤＰＣ符号の例では、誤り率が３．６％より十分に小さければダミービットの割合が少なく、このダミービットの中に存在する誤りより推定した誤り率であるＥＲＤの信頼性は低くなる。逆に、３．６％以上の誤り率領域では、誤り訂正時の誤り数により推定した誤り率ＥＲＣＯＲの信頼性が低くなる。そこで、誤り率判別器１３５は、誤り率が３．６％より小さければ信頼性が相対的に高いＥＲＣＯＲの値をＥＲＥＳＴとして選択し、３．６％以上の誤り率領域では信頼性が相対的に高いＥＲＤの値をＥＲＥＳＴとして選択する。こうして決定されたＥＲＥＳＴが誤り訂正符号制御器１１２および１３２へ通知される。言い換えれば、誤り率判別器１３５は、複数の推定誤り率の中から、実装された誤り訂正符号を参照しつつ最も確からしい誤り率を選択し、送信側および受信側の誤り訂正符号制御器１１２および１３２へそれぞれ通知する。したがって、誤り訂正符号制御器１１２および１３２は、最も信頼性の高い誤り率を用いて誤り訂正符号制御を行うことができる。
　以下、図７を参照しながら、通信路特性が変動する場合の誤り率切り替え動作の一例を説明する。なお、誤り率判別器１３５において選択する誤り率の切替閾値ＥＲＴＨは３．６％であるとする。
　図７に示すように、通信路の誤り率特性は、時刻ｔ０までほぼ３．４％程度であったものが、時刻ｔ０からｔ１にかけて徐々に３．７％程度まで上昇し、時刻ｔ２からｔ３にかけて３．４％まで再び減少する場合を考える。時刻ｔ０以前の時間領域では誤り率がＥＲＴＨより低い為、誤り率判別器１３５はＥＲＥＳＴとしてＥＲＣＯＲを選択する。時刻ｔ０より誤り率が劣化し始め、ｔ４においてＥＲＴＨを超え、これ以降、時刻ｔ５において再びＥＲＴＨを下回るまで、誤り率判別器１３５はＥＲＥＳＴとしてＥＲＤを選択する。時刻ｔ５以降は、誤り率判別器１３５はＥＲＥＳＴとして再びＥＲＣＯＲを選択する。このように通信路の特性が変動する場合であっても、誤り率の計算方法を切り替えることで受信符号語の誤り率を幅広い範囲で精度良くモニタすることができ、モニタされた誤り率に応じて符号化率を決定することができる。
　なお、誤り率の切替閾値ＥＲＴＨを３．６％としたが、マージンを確保する為に３．５％程度にしても良い。また、誤り率が上昇するときの切替閾値と、減少するときの切替閾値とを別の値にしても良く、推定誤り率のふらつきの影響を抑制する為にヒステリシスを設けることもできる。さらに、複数回連続して誤り率閾値を上回ったら（あるいは下回ったら）選択誤り率を変更する、という方法をとっても良い。
　１．５）効果
　上述した本発明の第１実施形態によれば以下の様な効果が得られる。
　第一の効果は、複数の誤り訂正回路を実装することなく効率の良い誤り訂正が行えることである。その理由は、複数の誤り率計算方法を切り替えて受信符号語の誤り率を幅広い範囲で精度良くモニタすることが出来るからであり、これによって誤り率に応じた符号化率を設定し続けることが出来るからである。もし本実施形態のような誤り訂正符号制御を用いなければ、１つの誤り訂正回路で広い範囲の誤り率に対応する為には最も高い誤り率に対応した符号を実装する必要があり、低い誤り率のデータに対しては過剰性能となってしまい伝送効率が低下してしまう。
　第二の効果は、挿入するダミービットの数を少なく抑えることができる為、伝送効率が高くなることである。その理由は、誤り訂正効果が低くなるビットにダミービットを割り当てることによって、誤り率が高くなった時に誤り易くなるビット位置を優先的に排除することができるからである。
　２．第２実施形態
　上述した第１実施形態では、送信器と受信器が通信路で一対一に接続され、通信路の特性変動によって誤り率が変動した場合の符号化率制御について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、本発明の第２実施形態として、送信先が切り替わるようなネットワークに適用した場合について説明する。
　２．１）システム構成
　図８に示すように、本実施形態による通信システムにおいて、送信器６１は通信路６２１～６２３、スイッチ６２を通して受信器６３及び６４と接続されている。通信路６２１～６２３は有線／無線を問わない。
　送信器６１は、メッセージを生成するＭＡＣブロック６１１と、ダミービット挿入制御を行う誤り訂正符号制御器６１２と、符号器６１３、送信インターフェイス６１４および帯域制御ブロック６１５を有する。
　受信器６３および６４は、メッセージを受信するＭＡＣブロック６３１および６４１と、ダミービット削除制御を行う誤り訂正符号制御器６３２および６４２と、受信メッセージの誤り訂正を行う復号器６３３および６４３と、送信器１１から符号語を受信する受信インターフェイス６３４および６４４と、をそれぞれ有し、さらに固定パタン誤り率計算器６３６および６４６と誤り率判別器６３５および６４５と、をそれぞれ有する。復号器６３３および６４３は、受信インターフェイス６３４および６４４からそれぞれ入力した符号語を復号する際に訂正された誤り数に基づく誤り率ＥＲCORを誤り判別器６３５および６４５へそれぞれ出力する。固定パタン誤り率計算器６３６および６４６は、受信インターフェイス６３４および６４４からそれぞれ入力した符号語からダミービットのみを抽出してダミービット誤り率ＥＲＤを計算し誤り率判別器６３５および６４５へそれぞれ出力する。誤り率判別器６３５および６４５は、復号器６３３および６４３からの誤り率ＥＲCORと固定パタン誤り率計算器６３６および６４６からのダミービット誤り率ＥＲＤとをそれぞれ用いて誤り率情報ＥＲESTを判別し、送信側の誤り訂正符号制御器６１２とそれぞれの受信側の誤り訂正符号制御器６３２および６４２へそれぞれ通知する。
　送信器６１の誤り訂正符号制御器６１２は、上述したように誤り率に応じてダミービット挿入制御を実行し、さらに誤り率を帯域制御ブロック６１５へ出力する。帯域制御ブロック６１５は、各受信器から受信した誤り率に応じて、受信器６３との通信と受信器６４との通信の帯域制御を行う。たとえば、後述するように、各通信が公平になるように時間割当を設定する。
　２．２）システム動作
　送信器６１と受信器６３が上述した第１実施形態による誤り訂正符号制御を行いつつ、通信を行っているものとする。この場合、送信器６１と受信器６３とは、スイッチ６２により通信路６２１、６２３を通して接続された状態にある。その通信路の誤り率が３．４％程度であるとすれば、ダミービット挿入が最少となっているので、上述したように、誤り率判別器６３５は復号器６３３からのＥＲＣＯＲを選択し誤り率をモニタしている。この状態で、スイッチ６２が経路を切り替えて送信機６１と受信器６４とが通信を開始した場合を説明する。
　図９に示すように、時刻ｔ０でスイッチ６２が経路切替の要求を受け、送信器６１と受信器６４が通信を開始したものとする。経路が切り替わった直後には、送信器６１及び受信器６４は通信路特性を知らないため、最も適した符号化率を選択することが出来ない。そこで、経路切替直後は十分な割合でダミービットとして固定パタンを挿入する。これにより誤り率判別器６４５は固定パタン誤り率計算器６４６からのＥＲＤを選択して通信路状態の推定を行う。ここでは、符号語に占めるダミービットの割合を５０％とする。このダミービット割合が高い状態で推定した誤り率が４．０％であるとすれば、時刻ｔ１からは送信器６１の誤り訂正符号制御器６１２および受信器６４の誤り訂正符号制御器６４２はメッセージに挿入するダミービット量を１０３ｋｂｉｔとし、符号器６１３および復号器６１４で１Ｍｂｉｔの符号語を取り扱う。以降、送信器６１と受信器６４の間で上述した第１実施形態に基づいて誤り訂正符号制御を行いつつ通信を行う。
　２．３）帯域制御
　上記のシステム動作の説明では、送信器６１と受信器６３が通信を行う状態（以下、状態Ａとする）から、送信器６１と受信器６４が通信を行う状態（以下、状態Ｂとする）への切替動作を取り扱った。本実施形態によれば、さらに状態Ａと状態Ｂとを交互に繰り返す動作を制御することで、特徴的な効果を得ることができる。
　たとえば、受信器６３と受信器６４とが回線利用料として同額を支払っている場合、公平性の観点から受信器６３と受信器６４は同量の情報量を受け取れることが望ましい。しかしながら、Ａ、Ｂ両状態の通信路品質が等しいとは限らない。たとえば、状態Ａではダミービットを必要としないのに対し、状態Ｂでは１０％のダミービットを必要とする場合に、状態Ａと状態Ｂの時間割当を均等にすれば、受信者６４は受信者６３と比較して９０％の情報量しか受け取ることが出来なくなってしまう。そこで、帯域制御ブロック６１５は、公平性を担保するために次のような制御を実行することができる。
　図１０に例示するように、状態Ａおよび状態Ｂの各々で初めにｔ０だけの時間６５０および６５１を設けて符号化率を低く設定し、メッセージ中に挿入したダミービットを元に各々の経路の誤り率を計算する。帯域制御ブロック６１５は、誤り訂正符号制御器６１２より各々の通信状態における誤り率情報を受け取ると、それらの誤り率に応じて、状態Ａと状態Ｂの時間割当を９：１０に設定する。このように帯域制御することで、上述したように各状態で通信路品質に差がある場合であっても、受信器６３と受信器６４がそれぞれ受け取れる情報量を同程度にすることができる。なお、通信中は、受信者６３はＥＲＣＯＲを選択し、受信者６４はＥＲＤを選択して通信路状態変化の監視を行う。
　２．４）効果
　本実施形態によれば、通信経路が切り替わった際に通信路の状態を推定する為にトレーニングモード専用の時間帯を設ける必要が無く、通信効率を向上させることが出来る。その理由は、経路切替直後にはダミービットの割合を多くして通信路状態の推定をおこなうものの、依然としてダミービット以外のメッセージビットで通信を続けることが可能となるからである。さらに、通信経路の通信品質に差がある場合であっても、誤り率に応じて帯域制御することで、通信経路間で公平性を維持することができる。
　３．第３実施形態
　以下、図１１を参照しながら本発明の第３実施形態について詳細に説明する。本実施形態を適用する通信システムは、第１実施形態と同様の接続状態（図２参照）で送信者と受信者が通信を行い、通信路特性の動的な変動に対応する為に本実施形態の誤り訂正符号制御方法を使用する。誤り訂正符号としてＬＤＰＣを使用し、後述するように、メッセージ中に挿入された固定パタンのメッセージ全体に対する割合を参照して、実装された複数の誤り率計算方法のいずれを使用するかを決定するものとする。
　図２に示すように、送信者１１と受信者１３が通信路１２を介して接続されており、通信路の状態変動に追従して、メッセージに挿入するダミービット量を制御しているものとする。
　ここで、誤り率判別器１３５は、メッセージに挿入されたダミービットの割合を参照して、固定パタン誤り率計算器１３６から送られてくるＥＲＤと復号器１３３から送られてくるＥＲＣＯＲのいずれを選択するかを決定する。
　図１１において、誤り率判別器１３５は、メッセージ中のダミービットの割合Ｒを計算し（ステップＳ７０１）、Ｒが所定閾値より高いか低いかを判断する（ステップＳ７０２）。Ｒが所定閾値より高い場合にはダミービットの誤り率ＥＲＤをＥＲＥＳＴとして採用し（ステップＳ７０３）、低い場合には誤り訂正数から求めた誤り率ＥＲＣＯＲをＥＲＥＳＴとして採用する（ステップＳ７０５）。さらに推定誤り率ＥＲＥＳＴに基づいて、メッセージ中のダミービットの割合を再度設定する（ステップＳ７０４）。この際の所定閾値は、例えばダミービットの誤り率計算の精度が十分高く取れる値とすれば良い。符号長１Ｍｂｉｔの場合、ダミービットの割合が５％とすると、符号語中に５０ｋｂｉｔのダミービットが確保できることになり、誤り率３．６％の場合にはダミービット中に１９００個程度の誤りが存在し、誤り率推定には十分な精度を確保できる。すなわち、この場合、上記の所定閾値として５％を採用する。
　本実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
　４．第４実施形態
　上述した第２実施形態では、通信経路が切り替わる際に送受信者が新しい通信路の状況を知らない為に、経路切替直後に十分な割合でダミービットを挿入したが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、本発明の第３実施形態として、局側装置に複数の加入者装置が接続された通信システムに適用した場合を説明する。このようなシステムとしては、１つのＯＬＴ（optical line terminal）に複数のＯＮＵ（optical network unit）が接続したＰＯＮシステムなどがある。
　４．１）システム構成
　ＰＯＮシステムでは局側装置と各加入者装置との間の通信路特性が大きく異なる場合があり、このような場合であっても、本実施形態によれば、１つの符号器を用いて誤り率の広範囲で良好な誤り訂正特性を維持することができる。
　図１２に示すように、本実施形態による通信システムにおいて、局側装置８１は分岐部を有する通信路８２を通して複数の加入者装置８３，８４と接続している。局側装置８１は、第１実施形態で説明した送信メッセージに対してダミービット挿入制御を行う誤り訂正符号制御器８１１、符号器／復号器８１２、送信インターフェイス８１３、誤り率推定器８１４および誤り率情報／モニタ方法記憶部８１５を有する。本実施形態においても、上述した第２実施形態と同様に、局側装置８１は、メッセージに冗長データ（パリティ情報）を付加した符号語全体を送信インターフェイス８１３から送信する。
　また、誤り率推定器８１４は既に述べたような誤り率推定機能を有する。誤り率情報／モニタ方法記憶部８１５は符号化率／誤り率モニタ方法設定テーブルであり、推定された誤り率に対応して各加入者装置との通信に必要な符号化率情報および誤り率モニタ方法が事前に格納されている。符号化率／誤り率モニタ方法設定情報テーブルは、サービスを開始する際に設置業者が伝送損失を測定して更新しても良いし、過去の通信で発生した誤り率情報や過去の通信で使用した誤り率モニタ方法を元に局舎装置が符号化率／モニタ方法設定情報を更新しても良い。符号化率／モニタ方法設定テーブルを参照することで、過去に通信した際の誤り率を用いて符号化率及び過去に通信した際の誤り率モニタ方法を設定することができる。加入者装置８３，８４は、ダミービット削除制御を行う誤り訂正符号制御器８３１、８４１、送信データの符号化や受信メッセージの誤り訂正を行う符号器／復号器８３２、８４２、局側装置８１から符号語を受信する通信インターフェイス８３３、８４３を有する。
　誤り訂正符号制御器８１１および誤り訂正符号制御器８３１，８４１の動作は第１及び第２実施形態で説明したとおりである。誤り率情報/モニタ方法記憶部８１５にそれぞれの加入者装置との通信に必要な符号化率情報及び誤り率モニタ方法が格納されている為、第２実施形態の例のように、通信相手が切り替わった直後に十分な割合のダミービットを挿入する必要が無く、誤り率情報/モニタ方法記憶部８１５に格納された情報に基づいて符号化率及びモニタ方法を決定する。本実施形態では誤り訂正符号にＲｅｅｄ－Ｓｏｌｏｍｏｎ（２５５，２３９）符号を使用している。図１０に例示する誤り率情報/モニタ方法記憶部８１５の情報によれば、加入者＃２および＃３が伝送損失が小さくダミービットを挿入する必要がないので符号化率を０．９３７に設定し、誤り訂正数から計算した誤り率ＥＲＣＯＲを誤り率モニタに使用する。一方、加入者＃１は伝送損失が大きくダミービットを挿入する必要があり、誤り訂正符号制御器８１１及び８３１は符号化率を０．９０１まで落として、誤り率判別器８３４はダミービットの誤り率ＥＲＤを推定誤り率ＥＲＥＳＴとして誤り訂正符号制御器８１１及び８３１に通知する。ただし、加入者装置８３，８４における誤り訂正符号制御器８３１，８４１は、局側装置８１からの符号化率情報に従ってダミービットが挿入されていない場合には符号器／復号器８３２、８４２からのメッセージをそのまま出力し、ダミービットが挿入されている場合には符号器／復号器８３２、８４２からのメッセージからダミービットを削除して出力する。
　４．２）新規加入者装置導入時の通信路推定への応用
　ＰＯＮシステムでは１つの局側装置に複数の加入者装置が接続され、ＧＥ－ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-PON）では加入者装置は最大３２台接続される。１つのＰＯＮシステムに新たなユーザが加わる際、Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスが働き、通信路距離の測定や局側装置と加入者装置の時刻同期を行う。図１３を参照して、通常のＤｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスと、本発明を追加したＤｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスの説明を行う。
　ａ）通常のＤｉｓｃｏｖｅｒｙシーケンス
　図１３（Ａ）に示すように、通常のＤｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスでは、まず、ＯＬＴ１１０３よりＯＮＵ１１０１にＤｉｓｃｏｖｅｒｙ＿Ｇａｔｅを送信し（ステップＳ２１０１）、ＯＬＴ１１０３のローカル時間Ｔ１などをＯＮＵ１１０１に通知する。続いてＯＮＵ１１０１は、Ｔ１に時刻を合わせた後、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ＿ＲｅｑｕｅｓｔをＯＬＴ１１０３に送信し、ＯＮＵ１１０１の送信時刻Ｔ２とＯＬＴへの登録要求を通知する（ステップＳ２１０２）。ＯＬＴ１１０３は、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ＿Ｒｅｑｕｅｓｔを受信した時刻Ｔ３と上記のＴ１およびＴ２よりＯＮＵ１１０１との距離を測定し、引き続き、ＬＬＩＤ（Logical Link Identifier）や上り送信指定時刻の通知を行い（ステップＳ２１０３，Ｓ２１０４）、ＯＮＵ１１０１からのＲｅｇｉｓｔｅｒ＿ＡＣＫがあると（ステップＳ２１０５）、登録完了となる（ステップＳ２１０６）。
　ｂ）本実施形態を適用したＤｉｓｃｏｖｅｒｙシーケンス
　図１３（Ｂ）に本実施形態による誤り訂正符号制御方法を新規ＯＮＵ導入時に適用した場合のシーケンスを示す。事前にＯＮＵ１１０１およびＯＮＵ１１０３はダミービット割合を高く設定し、Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスを始める(ステップＳ３１０１およびＳ３１０２)。この様にすることで、通信路状態によらず、Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスを誤り無く行うことができる。続いて図１３（Ａ）と同様のプロセスを走らせるが、Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ＿Ｇａｔｅ（Ｓ２１０１）を受けると、ＯＮＵ１１０１は下り信号のダミービット誤り率ＥＲＤを計算し（ステップＳ３１０３）、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ＿Ｒｅｑｕｅｓｔ（Ｓ２１０２）でＴ２に加えて下り信号の誤り率ＥＲＤを知らせる。ＯＬＴ１１０３ではＲｅｇｉｓｔｅｒ＿Ｒｅｑｕｅｓｔ（Ｓ２１０２）を受けると、上り信号のダミービット誤り率ＥＲＤを計算し（ステップＳ３１０４）、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ（Ｓ２１０３）でＬＬＩＤを通知するのに加えて上り信号の誤り率ＥＲＤを知らせる。一通りのＤｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスの終了後、ダミービットの割合を低く設定し（ステップＳ３１０５，Ｓ３１０６）、登録完了（Ｓ２１０６）とする。
　なお、上り下り各々の通信を行う際の符号化率を決定するのは図１３（Ｂ）に示したように登録完了（ステップＳ２１０６）の直前である必要はなく、通信路推定を完了した後であればいつでも良い。また、上り下り各々の信号の誤り率計算（ステップＳ３１０３、Ｓ３１０４）も、Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ＿Ｇａｔｅ（ステップＳ２１０１）、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ＿Ｒｅｑｕｅｓｔ（ステップＳ２１０２）の直後である必要はなく、登録完了（ステップＳ２１０６）以前であればいつでも良い。
　５．第５実施形態
　本発明の第５実施形態による通信システムは、上記第４実施形態による通信システムの局側装置に帯域制御ブロックが追加され、後述する通信帯域の割り当て制御情報を生成する。以下、図１４および１５を参照しながら、本実施形態による通信帯域制御方法をＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Allocation）に適用した場合を説明する。
　５．１）システム構成
　図１４に示すように、本実施形態による通信システムでは、局側装置９１が分岐部を有する通信路９２を介して複数の加入者装置９３，９４・・・（＃１、＃２・・・）に接続されているものとする。各加入者装置９３，９４・・・は図１２に示す加入者装置８３，８４と同様の機能構成を有するので、同じ参照番号を付して説明は省略する。また、局側装置９１は、帯域制御ブロック９１６を有する点を除いて、図１２に示す局側装置８１と同様の構成を有するので、同じ参照番号を付して説明は省略する。
　なお、図１４に示す例では、加入者装置＃１～＃３が通信路品質が比較的良い状況で接続されているのに対して、加入者装置＃４が伝送路損失が大きく通信路品質が悪い状況で接続されているものとする。
　５．２）　新規加入者装置導入時の通信路推定と帯域制御
　ＰＯＮでは、ある加入者が使っていない帯域を他の加入者に随時割り当てるＤＢＡ機能が使用されるので、まず、ＤＢＡの動作例を示す。以下、局側装置９１をＯＬＴ、加入者装置９３，９４・・・をＯＮＵ＃１、ＯＮＵ＃２、・・・と記す。
　図１５（Ａ）に示すように、時間ｔ１の間はＯＮＵ＃１、＃２、＃３の３人のユーザが存在するものとすると、帯域を３分割して各々のユーザが通信を行う。時間ｔ２の間はＯＮＵ＃３が通信を行わない為、ＯＮＵ＃１、＃２の２ユーザが帯域を共有する。時間ｔ３の間で、新規ユーザのＯＮＵ＃４が追加されユーザが４人に増えたとすると、帯域を４分割して各々のユーザが通信を行う。この際、一般的なＤＢＡでは各ユーザの通信量（パケット量）をモニタして帯域の増減を行う。
　しかしながら、すでに述べたように、各ユーザが通信を行う際に使用する誤り訂正符号の符号化率が異なる場合、図１５（Ａ）に示すような通信量に応じた帯域制御ではユーザ毎の使用帯域の公平性を確保できない。図１４に示す例ではＯＮＵ＃１～＃３が通信路品質が比較的良い状況で接続され、ＯＮＵ＃４が伝送路損失が大きく通信路品質が悪い状況で接続されている場合に公正性を確保するためには、ｔ３の時間帯においてＯＮＵ＃４のユーザの帯域を大きく確保することで実際に通信を行う情報量を各ユーザで均等にすることが出来る。
　そこで、帯域制御ブロック９１６は、図１５（Ｂ）に示す様に、ＯＮＵ＃１～＃３が通信に使用する符号化率に比べてＯＮＵ＃４の使用する符号化率が半分程度であるから、ＯＮＵ＃４の通話時間を他のＯＮＵと比べて２倍程度に設定する。通信中は、ＯＮＵ＃１～＃３ではＥＲＣＯＲを利用し、ＯＮＵ＃４ではＥＲＤを選択して通信路状態変化の監視を行う。
　５．３）効果
　本実施形態によれば、通信経路を切り替えた場合にでも第２実施形態の例のように十分な割合のダミービットを挿入し通信路特性を推定する必要が無い為、その分の通信速度劣化を回避できる。さらに、本実施形態によれば、各ユーザからの誤り率情報を用いて、通信路状態が悪く符号化率を低く設定せざるを得ないユーザの通信帯域を相対的に大きくすることで、ユーザ間の公正を図ることができる。本実施形態によれば、たとえばＤＢＡにおいて通信路状態がよくないユーザの通信時間を長くすることで公平性を確保することが可能となる。
　６．付記
　上述した実施形態の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
（付記１）
　第１通信機と複数の第２通信機とが通信路を介して接続されたデータ通信システムにおける通信帯域制御装置であって、
　前記第１通信機と前記複数の第２通信機の各々との間の通信から推定された誤り率に基づいて各通信の符号化率を決定する符号化率決定手段と、
　前記符号化率に基づいて各通信に対する通信帯域の時間割当を制御する通信帯域制御手段と、
　を有することを特徴とする通信帯域制御装置。
（付記２）
　前記通信帯域制御手段は、相対的に低い符号化率の通信に対して相対的に長い通信時間を割り当てることを特徴とする付記１に記載の通信帯域制御装置。
（付記３）
　前記第１通信機に設けられた符号器と前記複数の第２通信機の各々に設けられた復号器とが所定の誤り訂正符号を実装しており、
　前記複数の第２通信機の各々が、前記第１通信機から受信した受信符号語から第１の誤り率を推定する誤り率推定手段を有し、
　前記符号化率決定手段が、前記第１の誤り率と前記受信符号語を前記復号器が復号する際の誤り訂正に基づいて推定された第２の誤り率とを用いて前記符号化率を決定する、
　ことを特徴とする付記１または２に記載の通信帯域制御装置。
（付記４）
　前記符号化率決定手段は、少なくとも１つの誤り率閾値を有し、前記第１の誤り率が前記誤り率閾値を超えた場合には前記符号化率を低く変更し、前記第２の誤り率が前記誤り率閾値以下になれば前記符号化率を高く変更する、ことを特徴とする付記３に記載の通信帯域制御装置。
（付記５）
　前記誤り率推定手段は、前記送信側通信機と前記受信側通信機の間で予め共有している既知パタンを用いて前記第１の誤り率を推定することを特徴とする付記３または４に記載の通信帯域制御装置。
（付記６）
　前記符号器の入力データにおける前記既知パタンの割合を変更することによって前記決定された符号化率を実現することを特徴とする付記５に記載の通信帯域制御装置。
（付記７）
　前記符号化率決定手段が、前記既知パタンの割合に対する閾値を少なくとも一つ有し、前記既知パタンの割合が前記閾値より高い場合には前記第１の誤り率を、低い場合には前記第２の誤り率を参照して前記符号化率を設定する、ことを特徴とする付記５または６に記載の通信帯域制御装置。
（付記８）
　第１通信機と複数の第２通信機とが通信路を介して接続されたデータ通信システムにおける通信帯域制御方法であって、
　前記第１通信機と前記複数の第２通信機の各々との間の通信から推定された誤り率に基づいて各通信の符号化率を決定し、
　前記符号化率に基づいて各通信に対する通信帯域の時間割当を制御する、
　ことを特徴とする通信帯域制御方法。
（付記９）
　相対的に低い符号化率の通信に対して相対的に長い通信時間が割り当てられることを特徴とする付記８に記載の通信帯域制御方法。
（付記１０）
　前記第１通信機に設けられた符号器と前記複数の第２通信機の各々に設けられた復号器とが所定の誤り訂正符号を実装しており、
　前記複数の第２通信機の各々が前記第１通信機から受信した受信符号語から第１の誤り率を推定し、
　前記第１の誤り率と前記受信符号語を前記復号器が復号する際の誤り訂正に基づいて推定された第２の誤り率とを用いて前記符号化率を決定する、
　ことを特徴とする付記８または９に記載の通信帯域制御方法。
（付記１１）
　前記第１の誤り率が少なくとも１つの誤り率閾値を超えた場合には前記符号化率を低く変更し、前記第２の誤り率が前記誤り率閾値以下になれば前記符号化率を高く変更する、ことを特徴とする付記１０に記載の通信帯域制御方法。
（付記１２）
　前記送信側通信機と前記受信側通信機の間で予め共有している既知パタンを用いて前記第１の誤り率を推定することを特徴とする付記１０または１１に記載の通信帯域制御方法。
（付記１３）
　前記符号器の入力データにおける前記既知パタンの割合を変更することによって前記決定された符号化率を実現することを特徴とする付記１２に記載の通信帯域制御方法。
（付記１４）
　前記既知パタンの割合に対する閾値を少なくとも一つ設け、前記既知パタンの割合が前記閾値より高い場合には前記第１の誤り率を、低い場合には前記第２の誤り率を参照して前記符号化率を設定する、ことを特徴とする付記１２または１３に記載の通信帯域制御方法。
（付記１５）
　第１通信機と複数の第２通信機とが通信路を介して接続されたデータ通信システムであって、
　前記第１通信機あるいは前記第２通信機が、前記第１通信機と各第２通信機との間の通信から推定された誤り率に基づいて各通信の符号化率を決定し、前記符号化率に基づいて各通信に対する通信帯域の時間割当を制御する、
　ことを特徴とするデータ通信システム。
（付記１６）
　相対的に低い符号化率の通信に対して相対的に長い通信時間が割り当てられることを特徴とする付記１５に記載のデータ通信システム。
（付記１７）
　前記第１通信機に設けられた符号器と前記複数の第２通信機の各々に設けられた復号器とが所定の誤り訂正符号を実装しており、
　前記複数の第２通信機の各々が前記第１通信機から受信した受信符号語から第１の誤り率を推定し、
　前記第１の誤り率と前記受信符号語を前記復号器が復号する際の誤り訂正に基づいて推定された第２の誤り率とを用いて前記符号化率を決定する、
　ことを特徴とする付記１５または１６に記載のデータ通信システム。
（付記１８）
　前記第１の誤り率が少なくとも１つの誤り率閾値を超えた場合には前記符号化率を低く変更し、前記第２の誤り率が前記誤り率閾値以下になれば前記符号化率を高く変更する、ことを特徴とする付記１７に記載のデータ通信システム。
（付記１９）
　前記送信側通信機と前記受信側通信機の間で予め共有している既知パタンを用いて前記第１の誤り率を推定することを特徴とする付記１７または１８に記載の通信帯域制御方法。
（付記２０）
　前記符号器の入力データにおける前記既知パタンの割合を変更することによって前記決定された符号化率を実現することを特徴とする付記１９に記載のデータ通信システム。
（付記２１）
　前記既知パタンの割合に対する閾値を少なくとも一つ設け、前記既知パタンの割合が前記閾値より高い場合には前記第１の誤り率を、低い場合には前記第２の誤り率を参照して前記符号化率を設定する、ことを特徴とする付記１９または２０に記載のデータ通信システム。
（付記２２）
　前記第１通信機が局側通信装置であり、前記第２通信機が加入者側通信装置であり、前記符号化率を低く設定した状態でＤｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスを実行し、前記第１の誤り率を計算して符号化率を決定し、Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙプロセス完了後に、決定した符号化率に設定して通信を行うことを特徴とする付記１７－２１のいずれか１項に記載のデータ通信システム。
（付記２３）
　前記第１通信機が局側通信装置であり、前記第２通信機が加入者側通信装置であり、前記符号化率を低く設定した状態でＤｉｓｃｏｖｅｒｙプロセスを実行し、前記第１の誤り率を計算して符号化率を決定し、Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙプロセス完了後に、決定した符号化率に設定し、決定した符号化率に応じて通信帯域の割り当てを行う、ことを特徴とする付記１７－２１のいずれか１項に記載のデータ通信システム。
　本発明は、通信路特性の変動や差が大きく、広い誤り率範囲に対応した誤り率訂正符号が必要となる通信システムに利用可能である。
１１、６１　送信器
１２、６２１、６２２、６２３、８２　通信路
１３、６３、６４　受信器
１１１、１３１、６１１、６３１、６４１　ＭＡＣブロック
１１２、１３２、２２、６１２、６３２、６４２、８１１、８３１、８４１　誤り訂正符号制御器
１１３、２５、６１３　符号器
１１４、６１４　送信ＩＦ
１３３、６３３、６３４　復号器
１３４、６３４、６４４　受信ＩＦ
１３５、６３５、６４５　誤り率判別器
１３６、６３６、６４６　固定パタン誤り率計算器
２１　メモリ
２３　切替判断部
２４　ダミービット挿入部
６２４　スイッチ
８１、９１、１１０３　局側装置
８３、８４、９３、９４、１１０１　加入者装置
８１２、８３２、８４２　符号器/復号器
８１３、８３３、８４３　通信ＩＦ
８１４　誤り率推定部
８１５　誤り率情報/モニタ方法記憶部
９１６　帯域制御ブロック

Claims (10)

  1. 　第１通信機と複数の第２通信機とが通信路を介して接続されたデータ通信システムにおける通信帯域制御装置であって、
    　前記第１通信機と前記複数の第２通信機の各々との間の通信から推定された誤り率に基づいて各通信の符号化率を決定する符号化率決定手段と、
    　前記符号化率に基づいて各通信に対する通信帯域の時間割当を制御する通信帯域制御手段と、
    　を有することを特徴とする通信帯域制御装置。
  2. 　前記通信帯域制御手段は、相対的に低い符号化率の通信に対して相対的に長い通信時間を割り当てることを特徴とする請求項１に記載の通信帯域制御装置。
  3. 　前記第１通信機に設けられた符号器と前記複数の第２通信機の各々に設けられた復号器とが所定の誤り訂正符号を実装しており、
    　前記複数の第２通信機の各々が、前記第１通信機から受信した受信符号語から第１の誤り率を推定する誤り率推定手段を有し、
    　前記符号化率決定手段が、前記第１の誤り率と前記受信符号語を前記復号器が復号する際の誤り訂正に基づいて推定された第２の誤り率とを用いて前記符号化率を決定する、
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信帯域制御装置。
  4. 　前記符号化率決定手段は、少なくとも１つの誤り率閾値を有し、前記第１の誤り率が前記誤り率閾値を超えた場合には前記符号化率を低く変更し、前記第２の誤り率が前記誤り率閾値以下になれば前記符号化率を高く変更する、ことを特徴とする請求項３に記載の通信帯域制御装置。
  5. 　前記誤り率推定手段は、前記送信側通信機と前記受信側通信機の間で予め共有している既知パタンを用いて前記第１の誤り率を推定することを特徴とする請求項３または４に記載の通信帯域制御装置。
  6. 　前記符号器の入力データにおける前記既知パタンの割合を変更することによって前記決定された符号化率を実現することを特徴とする請求項５に記載の通信帯域制御装置。
  7. 　前記符号化率決定手段が、前記既知パタンの割合に対する閾値を少なくとも一つ有し、前記既知パタンの割合が前記閾値より高い場合には前記第１の誤り率を、低い場合には前記第２の誤り率を参照して前記符号化率を設定する、ことを特徴とする請求項５または６に記載の通信帯域制御装置。
  8. 　第１通信機と複数の第２通信機とが通信路を介して接続されたデータ通信システムにおける通信帯域制御方法であって、
    　前記第１通信機と前記複数の第２通信機の各々との間の通信から推定された誤り率に基づいて各通信の符号化率を決定し、
    　前記符号化率に基づいて各通信に対する通信帯域の時間割当を制御する、
    　ことを特徴とする通信帯域制御方法。
  9. 　相対的に低い符号化率の通信に対して相対的に長い通信時間が割り当てられることを特徴とする請求項８に記載の通信帯域制御方法。
  10. 　第１通信機と複数の第２通信機とが通信路を介して接続されたデータ通信システムであって、
    　前記第１通信機あるいは前記第２通信機が、前記第１通信機と各第２通信機との間の通信から推定された誤り率に基づいて各通信の符号化率を決定し、前記符号化率に基づいて各通信に対する通信帯域の時間割当を制御する、
    　ことを特徴とするデータ通信システム。
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